1、變電設(shè)備在線監(jiān)測與狀態(tài)檢修的研究郭堅錚，任建文，江賢康，王艷艷（華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，保定，071003）摘要：計劃檢修體制存在著嚴(yán)重缺陷，隨著在線監(jiān)測、故障診斷等技術(shù)的成熟，開展變電設(shè)備的狀態(tài)檢修具有重要的意義。本文主要介紹了變電設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)以及在此基礎(chǔ)上的狀態(tài)檢修分析系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：變電設(shè)備、在線監(jiān)測、狀態(tài)檢修、決策子系統(tǒng)0引言目前電力系統(tǒng)中的變電設(shè)備大多采用計劃檢修體制，這種方式存在著嚴(yán)重缺陷，如臨時性維修頻繁、維修

2、不足或維修過剩及盲目維修等，使電力企業(yè)每年在設(shè)備維修方面耗資巨大。隨著在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，對被監(jiān)測設(shè)備的絕緣參數(shù)能隨時進(jìn)行測量，大大縮短了運行設(shè)備的檢測時間及檢測周期，為電力系統(tǒng)的安全運行提供了可靠的保證［１］。因此依托在線監(jiān)測技術(shù)開展變電設(shè)備的狀態(tài)檢修具有重要的意義。本文主要介紹了變電設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)以及在此基礎(chǔ)上的狀態(tài)檢修分析系統(tǒng)。1變電設(shè)備狀態(tài)檢修變電站設(shè)備檢修策略大致經(jīng)歷了三個階段，即事故檢修、計劃檢修和狀態(tài)檢修。狀態(tài)檢修（C

3、BMconditionbasedmaintenance），也稱預(yù)知性檢修。它是在設(shè)備狀態(tài)評價的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)和分析診斷結(jié)果安排檢修時間和項目，并主動實施的檢修方式。這種維修方式以設(shè)備當(dāng)前的實際工作狀況為依據(jù)，指根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)提供的設(shè)備狀態(tài)信息，評估設(shè)備的狀況，識別故障的早期征兆，對故障部位，故障嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢作出判斷，從而確定最佳維修時機。狀態(tài)檢修是當(dāng)今耗費最低、技術(shù)最先進(jìn)的維修制度，它為設(shè)備安全、穩(wěn)定、長周期、全性能

4、、優(yōu)質(zhì)運行提供了可靠的技術(shù)和管理保障［２－３］。狀態(tài)檢修涉及對變電設(shè)備的準(zhǔn)確把握，要對設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)及各種高壓試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。大量數(shù)據(jù)的分析計算耗時耗力，容易出錯，因此研究并開發(fā)出一套實用的狀態(tài)檢修分析系統(tǒng)，具有相當(dāng)大的意義。在線監(jiān)測的任務(wù)是要了解和掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，包括采集各種在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、測量、監(jiān)視、運行、試驗、檢修、缺陷、故障數(shù)據(jù)及其分析和判斷方法，結(jié)合設(shè)備的歷史和現(xiàn)狀，考慮環(huán)節(jié)因素，對設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行評估，判斷其處于正

5、常或非正常狀態(tài)，并對狀態(tài)進(jìn)行顯示和記錄，對異常狀態(tài)做出報警，以使運行人員及時加以處理，并為設(shè)備的故障分析、性能評估、合理使用和安全工作提供信息、保存和積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。狀態(tài)分析診斷的任務(wù)是根據(jù)在線監(jiān)測獲得的信息，結(jié)合已知的結(jié)構(gòu)特性、參數(shù)以及環(huán)境條件，結(jié)合該設(shè)備的歷史運行情況（包括運行記錄和曾發(fā)生過的故障和維修記錄等），對設(shè)備可能要發(fā)生的或已發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)報和分析判斷，確定故障的性質(zhì)、類別、程度、原因和部位，指出故障發(fā)生和發(fā)展的趨勢及其后果

6、，提出控制故障繼續(xù)發(fā)展和消除故障的調(diào)整、維護(hù)和治理的對策措施并加以實施，最終使設(shè)備恢復(fù)正常狀態(tài)。2變電設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)2.1變壓器在線監(jiān)測變壓器的在線監(jiān)測主要有：油色譜在線監(jiān)測、局部放電在線監(jiān)測、鐵心電流監(jiān)測、主變冷卻器智能控制等。油色譜在線監(jiān)測過程，是將變壓器本體油經(jīng)循環(huán)管路循環(huán)并進(jìn)入脫氣裝置，再由脫氣裝置進(jìn)入分析儀，經(jīng)數(shù)據(jù)處理打印出可燃?xì)怏w等的譜圖及含量值。通過檢測變壓器油中溶解氣體及微水含量，監(jiān)測組分包括：H2、CO、CO2、C

7、H4、C2H4、C2H2、C2H6和H2O，分析油色譜監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢，提前發(fā)現(xiàn)變壓器過熱或絕緣故障。局部放電監(jiān)測能夠在變壓器運行條件下，對其內(nèi)部局部放電進(jìn)行檢測和定位，監(jiān)測參數(shù)包括放電量、放電次數(shù)、放電類型和放點位置，通過基于放電圖譜庫的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法提早發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的絕緣缺陷，避免絕緣故障?？蓪崿F(xiàn)對變壓器絕緣狀況的動態(tài)監(jiān)視，有效預(yù)防突發(fā)性事故。鐵心電流監(jiān)測能夠不失真的采集變壓器鐵心對地的泄漏電流信號，通過對電流信號的運算和處理

8、，剔除雜波干擾信號，得到實際接地泄漏電流信息，并分析、判斷、預(yù)測鐵心絕緣的健康狀況。通過鐵心接地電流的監(jiān)測來發(fā)現(xiàn)箱體內(nèi)異物、內(nèi)部絕緣受潮或損傷、油箱沉積油泥、鐵芯多點接地等類型的故障。關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，自動制定出維修方法和維修步驟，并根據(jù)可靠性、安全性，風(fēng)險性方面的要求，得出可行的維修方案，運行人員可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行相應(yīng)得處理。在設(shè)備狀態(tài)分析評估和維修策略的制定子系統(tǒng)中，均預(yù)留了與操作人員進(jìn)行交互的接口。操作人員可以通過這些接口與評估程序和

9、決策程序交互，根據(jù)實際情況添加一些規(guī)則，修改診斷或決策的步驟，將人的判斷決策加入到機器的智能決策中，提高判斷和決策的可靠性。3.2知識庫結(jié)構(gòu)狀態(tài)分析知識庫中的知識主要來自相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)專家的現(xiàn)場檢修診斷經(jīng)驗。這部分?jǐn)?shù)據(jù)可以分為三個部分：（1）狀態(tài)判據(jù)庫。這是知識庫的主要部分，存放的是根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和專家經(jīng)驗總結(jié)得到的設(shè)備狀態(tài)評判規(guī)則。（2）設(shè)備故障模式庫。這部分存放的是設(shè)備的主要故障模式，以提供給后面的故障模式分類子系統(tǒng)運用模式識別的方

10、法判別設(shè)備故障類型，模式庫中存放的是根據(jù)同種設(shè)備運行歷史上發(fā)生的主要故障類型總結(jié)得到的故障模式。（3）維修策略庫。這部分存放的是由檢修規(guī)程和檢修專家經(jīng)驗得到的對應(yīng)于不同類型故障的維修檢查策略，策略的選取不僅要考慮到故障的種類，還要考慮到故障的嚴(yán)重程度，設(shè)備的可靠性，安全性和風(fēng)險性幾個方面來綜合衡量，根據(jù)實際情況來進(jìn)行決策。知識庫部分涉及的是較深層次的評判知識，將相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和專家經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為適合機器處理的知識表達(dá)形式，存放到知識庫中。這部分

11、的數(shù)據(jù)庫也運用面向?qū)ο蟮乃枷耄扇￠_放式的設(shè)計方式，每類對象的評判知識自成一個知識庫，這個庫可以是一個單獨的數(shù)據(jù)庫，也可以包括一個庫中的某幾個數(shù)據(jù)表。這樣在以后對某個設(shè)備的診斷知識進(jìn)行修改時，不會影響到其它設(shè)備的知識庫。3.3輔助分析決策子系統(tǒng)3.3.1輔助分析決策子系統(tǒng)流程分析決策子系統(tǒng)是狀態(tài)檢修分析系統(tǒng)的核心部分，這一部分可以對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的分析，找出故障所在，并可對設(shè)備的將來狀態(tài)進(jìn)行一些預(yù)估，同時針對故障種類及設(shè)備在輸變電環(huán)

12、節(jié)上的重要程度提出維修方案供運行人員參考。分析決策子系統(tǒng)的流程圖如圖2所示。故障診斷狀態(tài)評估異常正常繼續(xù)監(jiān)測特征提取變電設(shè)備狀態(tài)信號特征信號狀態(tài)評估狀態(tài)模型分析診斷檔案庫故障情況狀態(tài)趨勢診斷決策設(shè)備歷史數(shù)據(jù)離線修試數(shù)據(jù)運行維護(hù)數(shù)據(jù)試驗規(guī)程圖2輔助狀態(tài)分析決策流程圖首先，系統(tǒng)掃描數(shù)據(jù)庫，查看是否存在有效的離線試驗數(shù)據(jù)和資料，如果數(shù)據(jù)庫中的離線試驗數(shù)據(jù)和資料采集的時間比較老，以致不能正確反映設(shè)備當(dāng)前狀況時，系統(tǒng)就不會對設(shè)備分析和評估，否則，

13、系統(tǒng)就依托離線數(shù)據(jù)和帶電巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合狀態(tài)分析評估。3.3.2設(shè)備狀態(tài)的統(tǒng)計統(tǒng)計結(jié)果采用餅圖的形式展現(xiàn)，統(tǒng)計內(nèi)容包括整體設(shè)備狀態(tài)，變電站設(shè)備狀態(tài)，某個間隔單元的設(shè)備狀態(tài)?？筛鶕?jù)實際情況和不同需要來確定統(tǒng)計的對象，為生產(chǎn)計劃人員提供參考。3.3.3設(shè)備故障的診斷故障診斷專家系統(tǒng)的功能是利用包括色譜試驗在內(nèi)的變壓器預(yù)防性試驗的結(jié)果，盡可能的確定故障的具體類型和故障發(fā)生的部位。設(shè)備的故障、缺陷原因維護(hù)和診斷邏輯維護(hù)都是按照設(shè)備類型分別進(jìn)行的

14、，操作人員只需在設(shè)備缺陷、故障征兆集中選擇相應(yīng)的征兆項目，然后即可調(diào)用推理機找出缺陷、故障的原因。設(shè)備故障分類器的輸出結(jié)果一方面提供給運行人員，一方面被送到故障診斷專家系統(tǒng)以作為啟發(fā)式信息供專家系統(tǒng)使用。那些與故障分類器輸出結(jié)果相關(guān)聯(lián)的專家系統(tǒng)規(guī)則將會被優(yōu)先使用以便盡快確定故障。3.3.4設(shè)備狀態(tài)分析通過遍歷數(shù)據(jù)庫和邏輯計算，基于在線監(jiān)測與離線運行維護(hù)數(shù)據(jù)完成了設(shè)備狀態(tài)的綜合分析，直接為狀態(tài)檢修決策服務(wù)。針對離線數(shù)據(jù)可以得到四種結(jié)論；正